論大型恐龍化石野外科學(xué)發(fā)掘方法

孫 革, 盛 夏

(1. 沈陽師范大學(xué) 古生物學(xué)院, 沈陽 110034; 2. 國土資源部 東北亞古生物演化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 沈陽 110034;3. 遼寧省古生物演化與古環(huán)境變遷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 沈陽 110034)

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論大型恐龍化石野外科學(xué)發(fā)掘方法

孫 革1,2,3, 盛 夏1

(1. 沈陽師范大學(xué) 古生物學(xué)院, 沈陽 110034; 2. 國土資源部 東北亞古生物演化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 沈陽 110034;3. 遼寧省古生物演化與古環(huán)境變遷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 沈陽 110034)

為新時期我國恐龍等古生物化石能夠依法及科學(xué)地發(fā)掘與保護(hù)開發(fā)利用,通過沈陽師范大學(xué)近十年來在遼西及新疆等地成功開展大型恐龍化石野外發(fā)掘工作的實(shí)例,論述了恐龍等化石的野外發(fā)掘應(yīng)在認(rèn)真貫徹國家《古生物化石保護(hù)條例》的前提下,通過嚴(yán)格履行國家有關(guān)發(fā)掘申請程序、組織由科學(xué)家率領(lǐng)的高水平的化石發(fā)掘隊伍、運(yùn)用科學(xué)的發(fā)掘方法以及化石發(fā)掘后密切與科研結(jié)合等措施,高質(zhì)量完成化石發(fā)掘任務(wù)。上述方法為依法及科學(xué)地發(fā)掘古生物化石并合理地開發(fā)利用及保護(hù)等提供了范例。

恐龍化石; 野外發(fā)掘; 科學(xué)方法; 化石保護(hù); 遼西與新疆

0 引 言

古生物化石是大自然留給人類的寶貴自然遺產(chǎn)。我國具有得天獨(dú)厚而又豐富的古生物化石資源,被譽(yù)為世界級“古生物大國”,在全球古生物化石研究中占有十分重要的地位。在我國,遼寧、新疆、四川、云南及黑龍江等省區(qū)是古生物“大省”(“大區(qū)”),盛產(chǎn)豐富的古生物化石,特別是產(chǎn)出了保存完好的各類恐龍化石。近年來在遼寧西部“熱河生物群”發(fā)現(xiàn)大型植食類恐龍“遼寧巨龍”以及在新疆發(fā)現(xiàn)我國最大的侏羅紀(jì)恐龍“新疆巨龍”等,為我國及全球恐龍演化及相關(guān)古地理古氣候等研究發(fā)揮了重要作用,極大地推動了國際古生物學(xué)發(fā)展進(jìn)程。

恐龍(Dinosauria)是距今約0.66～2.3億年生活在地球上的優(yōu)勢陸生脊椎動物,曾稱霸地球生物界1.6億多年,迄今全世界發(fā)現(xiàn)的恐龍化石約800～1 000種?？铸堃榔溲鼛ЫY(jié)構(gòu)可分為蜥臀目(Saurithischia,腰帶三射型)和鳥臀目(Ornithischia,腰帶四射型)兩大類。蜥臀目中植食的蜥腳類(如馬門溪龍、新疆巨龍等)以及大型的肉食獸腳類(如暴龍、霸王龍等)通常均為大型恐龍;當(dāng)然,鳥臀目也有較大型的恐龍(如鴨嘴龍等)。恐龍死亡后,骨骼(包括牙齒)等在泥沙中經(jīng)石化作用得以保存為化石,但由于億萬年來的地質(zhì)構(gòu)造變動等影響,恐龍化石及其周圍巖石可能出現(xiàn)變形、斷裂甚至呈零散保存等。因此,由于恐龍化石類型的千差萬別,加之保存狀況的復(fù)雜多變性等,恐龍、特別是大型恐龍化石的發(fā)掘方法也是因地、因類型而異,必須采用科學(xué)合理的方法才能高質(zhì)量和高水平地完成其發(fā)掘任務(wù)。

此外,為適應(yīng)國家古生物化石保護(hù)和科研工作的需要,2010年國務(wù)院已正式頒布了《古生物化石保護(hù)條例》[1],2012年正式頒布了《古生物化石保護(hù)條例實(shí)施細(xì)則》[2],遼寧等省區(qū)也相繼出臺了地方性化石保護(hù)法規(guī),古生物化石發(fā)掘與管理已有法可依。因此,在古生物化石發(fā)掘工作中,嚴(yán)格貫徹國家及地方法律法規(guī)、合理有序地開展恐龍等化石發(fā)掘工作,也已成為不可忽視的責(zé)任[3-4]。

近年來,為適應(yīng)國家、特別是遼寧省古生物化石保護(hù)與研究的需要,沈陽師范大學(xué)(以下簡稱“沈師大”)自2005年起成立了古生物研究所,2006年起與遼寧省國土資源廳聯(lián)合共建了我國迄今規(guī)模最大的古生物博物館——遼寧古生物博物館,2011年又成立了我國首家古生物學(xué)院,有力地推動了古生物科研、科普及化石保護(hù)等工作。沈陽師范大學(xué)古生物研究所/學(xué)院/博物館十年來先后在遼寧、新疆等地多次成功開展了大型恐龍化石發(fā)掘工作,獲取了一批保存完好的各類恐龍化石,模范地執(zhí)行了國家《古生物化石保護(hù)條例》,并取得了諸多重要研究成果,為我國及國際古生物學(xué)發(fā)展做出了貢獻(xiàn),也推動了遼寧、新疆等地的化石保護(hù)和開發(fā)利用工作。當(dāng)前,全國各地建設(shè)地質(zhì)古生物博物館及地質(zhì)公園等方興未艾,化石保護(hù)工作也在積極開展,許多地方政府在籌建古生物學(xué)研究和技術(shù)隊伍,擬開展古生物化石采掘、特別是對恐龍等大型化石的發(fā)掘與研究。如何科學(xué)和合理有序地發(fā)掘古生物化石、特別是大型恐龍等化石,已成為相關(guān)古生物化石管理部門及博物館等急須了解或解決的問題。本文擬圍繞這一主題,通過總結(jié)沈陽師范大學(xué)古生物研究所/學(xué)院近十年來開展野外化石發(fā)掘工作的經(jīng)驗(yàn)與體會,著重對恐龍化石、特別是大型恐龍化石的發(fā)掘方法進(jìn)行探討,以利于當(dāng)前面臨的諸多野外化石發(fā)掘及相關(guān)研究和管理工作。

1 野外化石發(fā)掘工作的主要步驟

十年來,沈師大開展的多次大型恐龍化石發(fā)掘工作以遼寧北票小北溝早白堊世義縣組“遼寧巨龍”發(fā)掘(2006)、新疆鄯善侏羅紀(jì)“新疆巨龍”發(fā)掘(2011—2012)和北票啞巴溝晚侏羅世土城子組大型恐龍發(fā)掘(2015)等3次較大型發(fā)掘工作最具代表性?？偨Y(jié)已開展的野外發(fā)掘工作的程序與方法,主要包括:

1.1 依法辦理發(fā)掘申請

化石發(fā)掘前,應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)和貫徹國務(wù)院頒發(fā)的《古生物化石保護(hù)條例》及國土資源部頒發(fā)的《古生物化石保護(hù)條例實(shí)施細(xì)則》指示精神?！豆派锘Ｗo(hù)條例》第二章(古生物化石發(fā)掘)第十條及第十一條明確指出,“在國家級古生物化石自然保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)掘古生物化石,或者在其他區(qū)域發(fā)掘重點(diǎn)保護(hù)古生物化石的,應(yīng)當(dāng)向國務(wù)院國土資源主管部門提出申請并取得批準(zhǔn);在國家級古生物化石自然保護(hù)區(qū)外發(fā)掘一般保護(hù)古生物化石的,應(yīng)當(dāng)向古生物化石所在地省、自治區(qū)、直轄市人民政府國土資源主管部門提出申請并取得批準(zhǔn)”。在提出申請時應(yīng)向相關(guān)省區(qū)國土資源部門提交發(fā)掘項(xiàng)目概況、發(fā)掘方案及發(fā)掘標(biāo)本保存方案和發(fā)掘區(qū)自然生態(tài)條件恢復(fù)方案等三項(xiàng)申請文件(即“一表三方案”),最終將申請報告提交國家古生物化石專家委員會待審評批準(zhǔn)。

為新疆鄯善七克臺地區(qū)的大型恐龍化石發(fā)掘,2011年沈陽師范大學(xué)古生物學(xué)院會同教育部東北亞生物演化與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(吉林大學(xué))聯(lián)合向鄯善縣國土資源局、新疆自治區(qū)國土資源廳和國家古生物化石專家委員會分別提交了化石發(fā)掘申請報告,并參加了在北京舉行的評審匯報,詳細(xì)報告了發(fā)掘項(xiàng)目概況、發(fā)掘方案、發(fā)掘標(biāo)本保存方案和發(fā)掘區(qū)自然生態(tài)條件恢復(fù)方案等,經(jīng)過國家古生物化石專家委員會辦公室組織的專家評審,得以通過。此后,整個發(fā)掘工作嚴(yán)格按照國土資源部有關(guān)文件執(zhí)行,在當(dāng)?shù)卣芮信浜吓c支持下,發(fā)掘工作取得圓滿成功[5]。

1.2 組織由科學(xué)家率領(lǐng)的高水平發(fā)掘隊伍

古生物化石是保存在地史時期的生物遺體或遺跡,化石發(fā)掘是古生物研究科學(xué)活動的重要組成部分,也是獲得化石材料的重要前提之一。由于恐龍化石,特別是大型恐龍化石的生物類型和保存狀況千差萬別,其發(fā)掘方法也是因地而異、因類型而變化;要做好這項(xiàng)工作,化石發(fā)掘者(團(tuán)隊)首先必須具有古生物化石、特別是有關(guān)恐龍化石(包括大型恐龍)的基本知識,包括了解其分類、結(jié)構(gòu)、相關(guān)地質(zhì)背景及化石保存條件等。而要做到這一點(diǎn),有相關(guān)的古生物學(xué)或地質(zhì)學(xué)專家指導(dǎo)已成為完成高水平化石發(fā)掘的先決條件。因此,組織由科學(xué)家率領(lǐng)的高水平的化石發(fā)掘隊伍,是做好化石發(fā)掘工作的首要保證。

近十年來,沈師大的大型恐龍化石發(fā)掘均由熟悉該門類化石和相關(guān)地質(zhì)時代的專家領(lǐng)隊,整個化石發(fā)掘中,自始至終有高水平、富有經(jīng)驗(yàn)的古生物學(xué)家(特別是恐龍專家)的指導(dǎo)和親自參與。如2006年10月的遼寧北票小北溝“遼寧巨龍”化石發(fā)掘中,有古脊椎動物學(xué)專家胡東宇教授和周長付博士等指導(dǎo),地質(zhì)古生物專家張立君教授也參加了部分野外工作。2011—2012年新疆鄯善七克臺大型恐龍化石發(fā)掘和2015年北票啞巴溝大型恐龍發(fā)掘,均由古生物學(xué)家孫革教授領(lǐng)隊,著名恐龍學(xué)家董枝明教授親自到現(xiàn)場指導(dǎo)化石發(fā)掘工作。在新疆大型恐龍發(fā)掘20余名隊員中,包括教授5名、副教授3名,博士10名,絕大多數(shù)技術(shù)人員也都具有多年豐富的恐龍化石發(fā)掘經(jīng)驗(yàn)。發(fā)掘進(jìn)行中,專家們根據(jù)大型恐龍化石出露的情況,結(jié)合恐龍骨架結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)和巖石地質(zhì)特征,分析、判斷化石保存“走勢”,合理地運(yùn)用了各階段化石發(fā)掘方法,有力地保證了發(fā)掘化石的完好性,同時注意了與大型恐龍伴生的獸腳類恐龍、雙殼類等其它化石的發(fā)現(xiàn)。由于有了專家的科學(xué)指導(dǎo),在全體發(fā)掘隊員近2年的共同努力下,鄯善的巨型恐龍已發(fā)現(xiàn)了全部背椎,保存完好的腰帶股骨、脛骨、腓骨,部分頸椎及尾椎骨等;后續(xù)發(fā)掘在富有經(jīng)驗(yàn)的恐龍學(xué)專家唐治路和李大慶教授的指導(dǎo)和親自參與下,又發(fā)現(xiàn)了部分頭骨,全部頸椎及尾椎骨等,使該化石成為我國迄今保存最為完整的大型恐龍。

1.3 運(yùn)用科學(xué)的發(fā)掘方法

古生物化石發(fā)掘、特別是大型恐龍的發(fā)掘,其科學(xué)性和技術(shù)性都很強(qiáng),通常是一件復(fù)雜、艱苦而又細(xì)致的工作。因此,要做好發(fā)掘工作,采集完好的古生物化石,特別是對于大型恐龍化石,必須運(yùn)用科學(xué)的發(fā)掘方法。沈師大古生物化石發(fā)掘隊采用的發(fā)掘方法主要包括以下3種。

1) 學(xué)術(shù)資料準(zhǔn)備

化石發(fā)掘前,初步了解化石產(chǎn)地的地質(zhì)地理情況,包括要對發(fā)掘區(qū)地質(zhì)古生物文獻(xiàn)資料的收集和閱讀、以及對當(dāng)?shù)氐匦螆D及地質(zhì)圖等資料的收集和領(lǐng)會等[6-7]。之后,進(jìn)行化石產(chǎn)地的野外踏勘,進(jìn)一步了解化石產(chǎn)出的實(shí)際地質(zhì)地理情況,同時了解化石發(fā)掘可能涉及的、對農(nóng)田、植被及自然環(huán)境的影響等。在完成上述準(zhǔn)備工作后,認(rèn)真制定野外化石發(fā)掘計劃,包括對可能產(chǎn)生的環(huán)境修復(fù)和用地補(bǔ)償計劃等。

2) 發(fā)掘工具準(zhǔn)備

“工欲善其事,必先利其器”,根據(jù)所要發(fā)掘的化石的類別及可能的規(guī)模提前準(zhǔn)備好必要的工具。對大型恐龍化石的發(fā)掘而言,通常需要準(zhǔn)備的工具包括:各種毛刷、鐵鏟、釬、錘、鍬、鎬、螺絲刀、包裝紙、石膏粉、繃帶、膠帶、膠水、不飽和樹脂、清漆、記號筆、包裝布(袋)以及GPS定位儀、記錄本、照相機(jī)等。必要時可能還需準(zhǔn)備電鎬、發(fā)電機(jī)、燃油、千斤頂以及挖掘機(jī)和卡車等。

3) 具體發(fā)掘方法

大型恐龍化石的發(fā)掘,通常包括以下4個步驟:①首先對化石產(chǎn)地的土、石等進(jìn)行清理,清理中注意發(fā)現(xiàn)是否有散存的化石標(biāo)本(碎片),做好收集記錄;②化石發(fā)掘的同時,注意對圍巖的加固;③發(fā)掘開始時,通常先用毛刷對已出露的部分進(jìn)行初步清理,之后用扁鏟、螺絲刀或小型鐵釬等做初步發(fā)掘,待化石露出部分漸趨顯明時,再進(jìn)一步揭露,同時用鍬、鎬等做外圍清理,并注意對已發(fā)現(xiàn)的化石用膠或樹脂進(jìn)行加固;④對體積較大的標(biāo)本,采用國際上常用的“皮勞克”打包法[8](即石膏法)將化石打包取出;“皮勞克”打包通常先用紗布或麻袋片在稀釋的熟石膏中浸透,之后將其緊密覆蓋在待采集的化石(包括其部分圍巖)上,待石膏風(fēng)干堅硬后,用電鎬或鐵釬等工具插進(jìn)包裹起來的標(biāo)本圍巖底部,將化石小心取出;⑤做好化石標(biāo)本的運(yùn)輸和現(xiàn)場善后清理。

2 化石發(fā)掘與科研密切結(jié)合

古生物化石發(fā)掘的最終目的是將化石用于科學(xué)研究和科學(xué)普及等,而實(shí)現(xiàn)上述需求的前提,首先是要搞清化石標(biāo)本(特別是大型恐龍等)的科學(xué)屬性和科學(xué)價值。因此,古生物化石的發(fā)掘與科學(xué)研究的緊密結(jié)合,是發(fā)掘工作后續(xù)最重要的環(huán)節(jié),也是對化石發(fā)掘水平和質(zhì)量最好的檢驗(yàn)。

近十年來,沈師大古生物研究所/學(xué)院在完成化石發(fā)掘后,對已采集的重要古生物化石均進(jìn)行了精心的修復(fù)和詳細(xì)深入的室內(nèi)研究工作,取得了一系列重要成果。新疆鄯善發(fā)現(xiàn)的巨型恐龍經(jīng)后續(xù)研究已正式被命名為“鄯善新疆巨龍”(XinjiangtitanshanshanensisWu et al., 2013)[9],成為我國迄今發(fā)現(xiàn)的侏羅紀(jì)最大的恐龍;與此同時,伴生的獸腳類牙齒化石及瓣鰓類等化石的發(fā)現(xiàn),為綜合研究新疆地區(qū)侏羅紀(jì)時期的恐龍演化及其古地理古環(huán)境等發(fā)揮重要作用;該化石的成功發(fā)掘也為新疆吐魯番地區(qū)鄯善縣的經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)展起到重要促進(jìn)作用。

遼寧北票小北溝發(fā)現(xiàn)的“遼寧巨龍”(LiaoningtitanZhou, MS*)體長15 m,首次填補(bǔ)了以往遼寧境內(nèi)缺少完整保存的大型恐龍化石的空白。新發(fā)現(xiàn)的“遼寧巨龍”目前已成為迄今在遼寧發(fā)現(xiàn)的最大的恐龍,其完整的頭骨化石也是巨龍形類頭骨在亞洲的首次發(fā)現(xiàn)。遼寧這一大型恐龍的發(fā)現(xiàn)為研究巨龍形類恐龍的早期演化和輻射提供了新的化石證據(jù)[10]。

[ 1 ]中華人民共和國國務(wù)院. 古生物化石保護(hù)條例. 中華人民共和國國務(wù)院第580號[EB/OL]. [2016-02-03]. http:∥www.gov.cn/zwgk/2010-09/10/content_1699800.htm

[ 2 ]國土資源部. 古生物化石保護(hù)條例實(shí)施辦法. 中華人民共和國國土資源部令第57號[EB/OL]. [2016-02-03]. http:∥www.mlr.gov.cn/zwgk/zytz/201301/t20130111_1174600.htm

[ 3 ]張劍虹. 我國古生物化石保護(hù)立法研究[J]. 中國礦業(yè), 2013,22(6):22-24,55.

[ 4 ]王麗霞. 加強(qiáng)化石保護(hù)研究,促進(jìn)科學(xué)發(fā)展[J]. 化石, 2015(1):70-71.

[ 5 ]天書,周長付. 史前巨龍嶄露新疆—鄯善發(fā)現(xiàn)我國最大的侏羅紀(jì)恐龍化石[J]. 大自然, 2012(4):4-7.

[ 6 ]遼寧省地質(zhì)礦產(chǎn)局. 遼寧省區(qū)域地質(zhì)志[M]. 北京:地質(zhì)出版社, 1989:1-856.

[ 7 ]新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)局. 新疆維吾爾自治區(qū)區(qū)域地質(zhì)志[M]. 北京:地質(zhì)出版社, 1993:1 -841.

[ 8 ]張玉光. 誰為化石打包——從皮勞克說起[J]. 大自然, 2007(6):74-75.

[ 9 ]吳文昊,周長付,WINGS O,等. 新疆鄯善中侏羅世巨型蜥腳類恐龍的發(fā)現(xiàn)[J]. 世界地質(zhì), 2013,34(3):437-446.

[10]孫革,張立君,周長付,等. 30億年來的遼寧古生物[M]. 上海:上?？萍冀逃霭嫔? 2013:1-176.

Discussion on scientifically excavating large dinosaur fossils in the field

SUNGe1,2,3,SHENGXia1

(1. College of Paleontology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China; 2. Key Laboratory of Evolution of Past Life in Northeast Asia, Ministry of Land and Resources, Shenyang 110034, China; 3. Key Laboratory of Evolution of Past Life & Paleoenvironmental Changes in Liaoning, Shenyang 110034, China)

For better carrying out the fossil excavations scientifically and in accordance with the law in China in the new period, the authors discuss on the scientific method for excavating the large dinosaur fossils in the field, taking the samples of the experiences of the scientific teams of Shenyang Normal University in the field work in Liaoning and Xinjiang, China for the last decade. The suggested method includes that under the premise of seriously carrying out the “National Regulations for the Protection of Fossils in China”, the excavations should be 1) strictly fulfilling official application procedures for the excavations, 2) organizing a high level of fossil excavation team led by scientists, 3) adopting scientific method of excavation, and 4) combining the excavations with their subsequent research on the fossils. The working experience provides the examples worthy of reference for the fossil excavations including the large dinosaur fossils in China, and would benefit the fossil protection and developmental utilization in the new period.

large dinosaur fossils; field excavations; scientific method; fossil protection; Liaoning and Xinjiang

2016-02-03。

遼寧省國土資源廳化石保護(hù)資助項(xiàng)目(LBFPD-2015-01)。

孫 革(1943-),男,遼寧沈陽人,沈陽師范大學(xué)教授,博士,吉林大學(xué)博士研究生導(dǎo)師。

1673-5862(2016)02-0129-04

古生物學(xué)

P52

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2016.02.001